Tha graphite air a roinn ann an grafait fuadain agus grafait nàdarra, na stòran glèidhte de ghrafait nàdarrach san t-saoghal ann an timcheall air 2 billean tunna.
Gheibhear grafait fuadain le bhith a’ lobhadh agus a’ làimhseachadh teas de stuthan anns a bheil carbon fo chuideam àbhaisteach.Feumaidh an cruth-atharrachadh seo teòthachd agus lùth àrd gu leòr mar an fheachd dràibhidh, agus thèid an structar mì-rianail atharrachadh gu structar criostail grafait òrdaichte.
Tha graphitization anns an t-seagh as fharsainge den stuth carbonaceous tro os cionn 2000 ℃ làimhseachadh teas àrd teòthachd gualain ath-rèiteachadh atoms, ge-tà cuid de stuthan gualain anns an teòthachd àrd os cionn 3000 ℃ graphitization, bha an seòrsa stuthan gualain seo air an ainmeachadh mar an “gualan cruaidh”, airson stuthan gualain grafaitichte furasta, tha an dòigh grafaitachaidh traidiseanta a’ toirt a-steach modh teòthachd àrd agus cuideam àrd, grafitization catalytic, dòigh tasgadh ceò ceimigeach, msaa.
Tha grafaitachadh na dhòigh èifeachdach air luach-leasaichte àrd a chleachdadh de stuthan carbonaceous.Às deidh rannsachadh farsaing agus domhainn le sgoilearan, tha e gu ìre mhòr aibidh a-nis.Ach, tha cuid de nithean mì-fhàbharach a’ cuingealachadh cleachdadh grafaiteachadh traidiseanta ann an gnìomhachas, agus mar sin tha e do-sheachanta dòighean ùra grafaitachaidh a sgrùdadh.
Modh electrolysis salann leaghte bhon 19mh linn bha còrr air ceud bliadhna de leasachadh, tha a theòiridh bunaiteach agus dòighean ùra an-còmhnaidh ùr-ghnàthachadh agus leasachadh, a-nis chan eil e a-nis cuingealaichte ris a ’ghnìomhachas metallurgical traidiseanta, aig toiseach an 21mh linn, tha am meatailt ann an tha an siostam salainn leaghte air ullachadh lughdachadh electrolytic solid oxide de mheatailtean eileamaideach air a thighinn gu bhith na fhòcas anns an fheadhainn as gnìomhaiche,
O chionn ghoirid, tha dòigh ùr airson stuthan grafait ullachadh le electrolysis salann leaghte air mòran aire a tharraing.
Le polarachadh cathodic agus electrodeposition, tha an dà sheòrsa de stuthan amh gualain air an cruth-atharrachadh gu stuthan nano-graphite le luach àrd a bharrachd.An coimeas ris an teicneòlas grafitization traidiseanta, tha na buannachdan aig an dòigh grafaitachaidh ùr airson teòthachd grafitization nas ìsle agus morf-eòlas a ghabhas smachdachadh.
Bidh am pàipear seo a’ dèanamh lèirmheas air adhartas grafaitachaidh le modh electrochemical, a’ toirt a-steach an teicneòlas ùr seo, a’ mion-sgrùdadh na buannachdan agus na h-eas-bhuannachdan aige, agus a’ sùileachadh a ghluasad leasachaidh san àm ri teachd.
An toiseach, modh polarachadh catod electrolytic salann leaghte
1.1 an stuth amh
Aig an àm seo, is e am prìomh stuth amh de ghrafait fuadain còc snàthad agus còc pitch de ìre grafitization àrd, is e sin le fuigheall ola agus teàrr guail mar stuth amh gus stuthan gualain àrd-inbhe a thoirt gu buil, le porosity ìosal, sulbhur ìosal, luaithre ìosal. susbaint agus buannachdan graphitization, an dèidh a dheasachadh a-steach graphite tha math an aghaidh buaidh, àrd meacanaigeach neart, ìosal resistivity,
Ach, tha stòrasan ola cuibhrichte agus prìsean ola caochlaideach air bacadh a chuir air an leasachadh, agus mar sin tha a bhith a’ sireadh stuthan amh ùra air a thighinn gu bhith na dhuilgheadas èiginneach ri fhuasgladh.
Tha crìochan aig dòighean grafaitachaidh traidiseanta, agus bidh diofar dhòighean grafaitachaidh a’ cleachdadh diofar stuthan amh.Airson carbon neo-ghrafaichte, is gann gun urrainn do dhòighean traidiseanta a ghrafachadh, fhad ‘s a tha an fhoirmle electrochemical de electrolysis salann leaghte a’ briseadh tro bhith a ’cuingealachadh stuthan amh, agus tha e freagarrach airson cha mhòr a h-uile stuth gualain traidiseanta.
Tha stuthan gualain traidiseanta a’ toirt a-steach carbon dubh, carbon gnìomhaichte, gual, msaa, am measg sin is e gual am fear as gealltanach.Bidh an inc stèidhichte air gual a’ toirt gual mar an ro-ruithear agus air ullachadh a-steach do thoraidhean grafait aig teòthachd àrd às deidh ro-làimhseachadh.
O chionn ghoirid, tha am pàipear seo a 'moladh dòighean ùra electrochemical, leithid Peng, le leaghte salann electrolysis eil eu-coltach graphitized carbon dubh a-steach don àrd crystallinity de graphite, an electrolysis de graphite sampaill anns a bheil an cumadh petal graphite nanometer chips, tha àrd sònraichte uachdar sgìre, nuair a chaidh a chleachdadh airson catod bataraidh lithium sheall e coileanadh electrochemical sàr-mhath nas motha na grafait nàdarra.
Zhu et al.cuir an gual de chàileachd ìosal air a làimhseachadh le deashing a-steach do shiostam salann leaghte CaCl2 airson electrolysis aig 950 ℃, agus atharraich e gu soirbheachail an gual de chàileachd ìosal gu grafait le criostalan àrd, a sheall coileanadh ìre math agus beatha rothaireachd fada nuair a chaidh a chleachdadh mar anod de bataraidh lithium-ion .
Tha an deuchainn a’ sealltainn gu bheil e comasach diofar sheòrsaichean de stuthan gualain traidiseanta a thionndadh gu grafait le bhith a’ cleachdadh electrolysis salann leaghte, a tha a’ fosgladh dòigh ùr airson grafait synthetigeach san àm ri teachd.
1.2 an uidheamachd de
Bidh modh electrolysis salann leaghte a’ cleachdadh stuth gualain mar chatod agus ga thionndadh gu grafait le criostalan àrd tro polarachadh cathodic.Aig an àm seo, tha an litreachas a th 'ann mar-thà a' toirt iomradh air toirt air falbh ocsaidean agus ath-rèiteachadh astar fada de atoman gualain anns a 'phròiseas tionndaidh a dh'fhaodadh a bhith ann de polarachadh cathodic.
Cuiridh làthaireachd ocsaidean ann an stuthan gualain bacadh air grafaitachadh gu ìre.Anns a 'phròiseas grafitization traidiseanta, thèid ocsaidean a thoirt air falbh gu slaodach nuair a tha an teòthachd nas àirde na 1600K.Ach, tha e air leth goireasach deoxidize tro cathodic polarization.
Chuir Peng, msaa anns na deuchainnean airson a’ chiad uair an uidheamachd comas polarization cathodic electrolysis salann leaghte air adhart, is e sin an grafitization as motha an t-àite airson tòiseachadh a bhith suidhichte ann am microspheres gualain cruaidh / eadar-aghaidh electrolyte, a ’chiad microsphere gualain timcheall air an aon trast-thomhas slige grafait, agus an uairsin cha bhith dadaman gualain anhydrous seasmhach a’ sgaoileadh gu flake grafait a-muigh nas seasmhaiche, gus an tèid grafaiteachadh gu tur,
An cois a ‘phròiseas grafitization tha toirt air falbh ocsaidean, a tha cuideachd air a dhearbhadh le deuchainnean.
Jin et al.cuideachd air a’ bheachd seo a dhearbhadh tro dheuchainnean.Às deidh carbonachadh glùcois, chaidh grafitization (susbaint ocsaidean 17%) a dhèanamh.Às deidh grafaiteachadh, chruthaich na raointean gualain cruaidh tùsail (Fig. 1a agus 1c) slige porous air a dhèanamh suas de nanosheets grafait (Fig. 1b agus 1d).
Le bhith a’ dèanamh electrolysis air snàithleach gualain (16% ocsaidean), faodar na snàithleanan gualain a thionndadh gu pìoban grafait às deidh grafitachadh a rèir an uidheamachd tionndaidh a chaidh a mhìneachadh san litreachas.
Thathar a 'creidsinn, gu bheil an gluasad astar fada fo polarachadh cathodic de atoman gualain feumaidh an grafait àrd-chriostail gu ath-rèiteachadh gualain amorphous a phròiseasadh, fhuair nanostructures cruth peatalan sònraichte le grafait synthetigeach buannachd bho atoman ocsaidean bho, ach chan eil an dòigh shònraichte air buaidh a thoirt air structar nanometer grafait soilleir, leithid ocsaidean bho cnàimhneach gualain às deidh mar a tha aig freagairt catod, msaa,
Aig an àm seo, tha an rannsachadh air an uidheamachd fhathast aig ìre tòiseachaidh, agus tha feum air tuilleadh rannsachaidh.
1.3 Comharrachadh morphologach air grafait synthetigeach
Thathas a’ cleachdadh SEM gus sùil a thoirt air morf-eòlas uachdar microscopach grafait, thathas a’ cleachdadh TEM gus morf-eòlas structarail nas lugha na 0.2 μm a choimhead, is e XRD agus speactroscopaidh Raman na dòighean as cumanta air microstructure grafait a chomharrachadh, thathas a’ cleachdadh XRD gus an criostal a chomharrachadh. Tha fiosrachadh mu ghrafait, agus speactroscopaidh Raman air a chleachdadh gus na h-uireasbhaidhean a chomharrachadh agus ìre òrdugh grafait.
Tha mòran phòlaichean anns a’ ghrafait air ullachadh le polarachadh catod de electrolysis salann leaghte.Airson diofar stuthan amh, leithid electrolysis carbon dubh, gheibhear nanostructures porous coltach ri petal.Bithear a’ dèanamh mion-sgrùdadh speactram XRD agus Raman air a’ charbon dubh às deidh electrolysis.
Aig 827 ℃, an dèidh a bhith air a làimhseachadh le bholtaids 2.6V airson 1h, tha ìomhaigh speactram Raman de charbon dubh cha mhòr an aon rud ri ìomhaigh grafait malairteach.Às deidh an carbon dubh a bhith air a làimhseachadh le teodhachd eadar-dhealaichte, tha an stùc caractar grafait biorach (002) air a thomhas.Tha an stùc sgaraidh (002) a’ riochdachadh an ìre de stiùireadh a th’ aig an ìre gualain aromatic ann an grafait.
Mar as gèire a tha an ìre gualain, is ann as motha a tha e.
Chleachd Zhu an gual ìosal fìor-ghlan mar an catod anns an deuchainn, agus chaidh microstructure an toraidh graphitized atharrachadh bho granular gu structar grafait mòr, agus chaidh an còmhdach teann grafait fhaicinn cuideachd fon mhiocroscop dealanach tar-chuir àrd-ìre.
Ann an speactra Raman, le atharrachadh ann an suidheachaidhean deuchainneach, dh’ atharraich luach ID/Ig cuideachd.Nuair a bha an teòthachd electrolytic 950 ℃, b 'e an ùine electrolytic 6h, agus bha an bholtadh electrolytic 2.6V, b' e an luach ID / Ig as ìsle 0.3, agus bha an stùc D mòran nas ìsle na an stùc G.Aig an aon àm, bha coltas stùc 2D cuideachd a 'riochdachadh cruthachadh structar grafait àrd-òrdaichte.
Tha an stùc sgaraidh biorach (002) ann an ìomhaigh XRD cuideachd a’ dearbhadh tionndadh soirbheachail de ghual ìosal gu grafait le criostalan àrd.
Anns a 'phròiseas grafitization, bidh àite brosnachaidh aig àrdachadh teòthachd agus bholtachd, ach lughdaichidh bholtadh ro àrd toradh grafait, agus bidh teòthachd ro àrd no ùine grafitization ro fhada a' leantainn gu sgudal ghoireasan, mar sin airson diofar stuthan gualain , tha e gu sònraichte cudromach sgrùdadh a dhèanamh air na suidheachaidhean electrolytic as iomchaidh, is e cuideachd am fòcas agus an duilgheadas.
Tha feartan electrochemical sàr-mhath aig an nanostructure flake coltach ri petal.Tha àireamh mhòr de phòlaichean a' leigeil le ionsan a bhith air an cuir a-steach gu luath / air am faicinn, a' toirt seachad stuthan catod àrd-inbhe airson bataraidhean, msaa. Mar sin, tha an dòigh electrochemical graphitization na dhòigh graphitization fìor comasach.
Modh electrodeposition salann leaghte
2.1 Electrodeposition carbon dà-ogsaid
Mar an gas taigh-glainne as cudromaiche, tha CO2 cuideachd na ghoireas ath-nuadhachail neo-phuinnseanta, gun chron, saor agus ri fhaighinn gu furasta.Ach, tha gualain ann an CO2 anns an staid oxidation as àirde, agus mar sin tha seasmhachd thermodynamic àrd aig CO2, a tha ga dhèanamh duilich ath-chleachdadh.
Faodar an rannsachadh as tràithe air CO2 electrodeposition a leantainn air ais gu na 1960n.Ingram et al.air ullachadh gu soirbheachail gualain air dealan òir ann an siostam salann leaghte Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al.chomharraich e gu robh structaran eadar-dhealaichte aig na pùdar gualain a gheibhear aig diofar chomasan lughdachadh, a’ toirt a-steach grafait, carbon amorphous agus carbon nanofibers.
Le salann leaghte gus CO2 a ghlacadh agus dòigh ullachaidh airson soirbheachas stuthan gualain, às deidh ùine fhada de rannsachadh tha sgoilearan air fòcas a chuir air uidheamachd cruthachadh tasgadh gualain agus buaidh suidheachaidhean electrolysis air an toradh deireannach, a tha a’ toirt a-steach teòthachd electrolytic, bholtadh electrolytic agus co-dhèanamh stuthan amh. salann leaghte agus electrodan, msaa, tha ullachadh àrd-choileanadh de stuthan grafait airson electrodeposition CO2 air bunait làidir a chuir sìos.
Le bhith ag atharrachadh an electrolyte agus a’ cleachdadh siostam salainn leaghte stèidhichte air CaCl2 le èifeachdas glacaidh CO2 nas àirde, tha Hu et al.graphene ullachadh gu soirbheachail le ìre grafitization nas àirde agus nanotubes gualain agus structaran nanographite eile le bhith a’ sgrùdadh suidheachaidhean electrolytic leithid teòthachd electrolysis, co-dhèanamh electrod agus co-dhèanamh salainn leaghte.
An coimeas ri siostam carbonate, tha na buannachdan aig CaCl2 airson saor agus furasta fhaighinn, seoltachd àrd, furasta a sgaoileadh ann an uisge, agus solubility nas àirde de ions ocsaidean, a bheir seachad suidheachaidhean teòiridheach airson tionndadh CO2 gu toraidhean grafait le luach àrd a bharrachd.
2.2 Inneal Cruth-atharrachaidh
Tha ullachadh stuthan gualain le luach àrd le bhith a’ gluasad CO2 bho shalainn leaghte gu ìre mhòr a’ toirt a-steach glacadh CO2 agus lughdachadh neo-dhìreach.Tha glacadh CO2 air a chrìochnachadh le O2- an-asgaidh ann an salann leaghte, mar a chithear ann an Co-aontar (1):
CO2+O2- →CO3 2- (1)
Aig an àm seo, thathar air trì dòighean freagairt lughdachadh neo-dhìreach a mholadh: freagairt aon-cheum, freagairt dà-cheum agus inneal ath-bhualadh lughdachadh meatailt.
Chaidh an dòigh freagairt aon-cheum a mholadh an toiseach le Ingram, mar a chithear ann an Co-aontar (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Chaidh an dòigh freagairt dà-cheum a mholadh le Borucka et al., mar a chithear ann an Co-aontar (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Chaidh an dòigh air freagairt lughdachadh meatailt a mholadh le Deanhardt et al.Bha iad a 'creidsinn gun deach ions meatailt a lùghdachadh an toiseach gu meatailt ann an catod, agus an uairsin chaidh am meatailt a lùghdachadh gu ions carbonate, mar a chithear ann an Co-aontar (5 ~ 6):
M- + E – → M (5)
4 m + M2CO3 -> C + 3 m2o (6)
Aig an àm seo, sa chumantas thathar a’ gabhail ris an dòigh freagairt aon-cheum anns an litreachas a th’ ann mar-thà.
Yin et al.rinn mi sgrùdadh air siostam carbonate Li-Na-K le nicil mar chatod, staoin dà-ogsaid mar anod agus uèir airgid mar electrod iomraidh, agus fhuair e am figear deuchainn voltammetry cearcallach ann am Figear 2 (ìre sganaidh de 100 mV / s) aig catod nicil, agus lorg nach robh ach aon stùc lùghdachaidh (aig -2.0V) anns an sganadh àicheil.
Mar sin, faodar a cho-dhùnadh nach do thachair ach aon fhreagairt aig àm lughdachadh carbonate.
Gao et al.fhuair sinn an aon voltammetry cearcallach anns an aon shiostam carbonate.
Ge et al.chleachd iad anode inert agus catod tungstain gus CO2 a ghlacadh anns an t-siostam LiCl-Li2CO3 agus fhuair e ìomhaighean coltach ris, agus cha do nochd ach stùc lughdachadh de thasgadh gualain anns an sganadh àicheil.
Anns an t-siostam salainn leaghte meatailt alcaileach, thèid meatailtean alcaileach agus CO a chruthachadh fhad ‘s a tha carbon air a thasgadh leis a’ chatod.Ach, leis gu bheil na suidheachaidhean thermodynamic ann an ath-bhualadh tasgadh gualain nas ìsle aig teòthachd nas ìsle, chan urrainnear ach lughdachadh carbonatan gu carbon a lorg san deuchainn.
2.3 Glacadh CO2 le salann leaghte gus toraidhean grafait ullachadh
Faodar nano-stuthan grafait àrd-luach leithid graphene agus nanotubes gualain ullachadh le bhith a’ gluasad CO2 bho shalainn leaghte le bhith a’ cumail smachd air suidheachaidhean deuchainneach.Hu et al.cleachdadh stàilinn gun staoin mar chatod ann an siostam salann leaghte CaCl2-NaCl-CaO agus air a electrolyzed airson 4h fo chumha bholtachd seasmhach 2.6V aig teòthachd eadar-dhealaichte.
Mar thoradh air catalysis iarainn agus buaidh spreadhaidh CO eadar sreathan grafait, chaidh graphene a lorg air uachdar catod.Tha pròiseas ullachaidh graphene air a shealltainn ann am Fig. 3.
An dealbh
Chuir sgrùdaidhean nas fhaide air adhart Li2SO4 air bunait siostam salainn leaghte CaCl2-NaClCaO, bha teòthachd electrolysis 625 ℃, às deidh 4h de electrolysis, aig an aon àm ann an tasgadh cathodic de charbon a chaidh a lorg graphene agus carbon nanotubes, lorg an sgrùdadh gu robh Li + agus SO4 2 - gus buaidh mhath a thoirt air grafaitachadh.
Tha sulfur cuideachd air fhilleadh a-steach don bhodhaig gualain, agus gheibhear duilleagan grafait ultra-tana agus gualain filamentous le bhith a’ cumail smachd air na suidheachaidhean electrolytic.
Tha stuthan leithid teòthachd electrolytic àrd is ìosal airson cruthachadh graphene deatamach, nuair a tha an teòthachd nas àirde na 800 ℃ nas fhasa CO a ghineadh an àite gualain, cha mhòr gun tasgadh gualain nuair a tha e nas àirde na 950 ℃, agus mar sin tha smachd teothachd air leth cudromach gus graphene agus carbon nanotubes a thoirt gu buil, agus ath-nuadhachadh an fheum air tasgadh carbon freagairt CO reaction co-obrachadh gus dèanamh cinnteach gu bheil an catod a ghineadh seasmhach graphene.
Tha na h-obraichean sin a 'toirt seachad dòigh ùr airson a bhith ag ullachadh stuthan nano-graphite le CO2, a tha air leth cudromach airson fuasgladh ghasaichean taigh-glainne agus ullachadh graphene.
3. Geàrr-chunntas agus Outlook
Le leasachadh luath air gnìomhachas lùtha ùr, cha robh grafait nàdarrach comasach air coinneachadh ris an iarrtas a th’ ann an-dràsta, agus tha feartan fiosaigeach is ceimigeach nas fheàrr aig grafait fuadain na grafait nàdarrach, agus mar sin tha grafaitachadh saor, èifeachdach agus càirdeil don àrainneachd na amas fad-ùine.
Chaidh dòighean electrochemical graphitization ann an stuthan amh cruaidh agus gaseous leis an dòigh polarachadh cathodic agus tasgadh electrochemical gu soirbheachail a-mach às na stuthan grafait le luach a bharrachd àrd, an taca ris an dòigh thraidiseanta airson grafaitachadh, tha an dòigh electrochemical de èifeachdas nas àirde, caitheamh lùtha nas ìsle, dìon àrainneachd uaine, airson beag cuibhrichte le stuthan roghnach aig an aon àm, a rèir nan diofar shuidheachaidhean electrolysis faodar ullachadh aig diofar morphology de structar grafait,
Tha e na dhòigh èifeachdach airson a h-uile seòrsa de ghualain amorphous agus gasaichean taigh-glainne a thionndadh gu bhith nan stuthan luachmhor grafait nano-structaraichte agus tha deagh shealladh tagraidh aige.
Aig an àm seo, tha an teicneòlas seo na òige.Chan eil mòran sgrùdaidhean ann air grafaitachadh le modh electrochemical, agus tha mòran phròiseasan neo-aithnichte ann fhathast.Mar sin, feumar tòiseachadh bho stuthan amh agus sgrùdadh farsaing agus eagarach a dhèanamh air diofar charbonan amorphous, agus aig an aon àm sgrùdadh a dhèanamh air thermodynamics agus daineamaigs tionndadh grafait aig ìre nas doimhne.
Tha iad sin cudromach airson leasachadh gnìomhachas grafait san àm ri teachd.
Ùine puist: Cèitean-10-2021